第三章

半导体三极管及其放大电路 基础

3.1 半导体三极管

3.2 基本共射极放大电路3.3 放大电路的静态分析 3.4 放大电路的动态分析 3.5 静态工作点的稳定 3.6 共集与共基极放大电路

3.1 半导体三极管晶体管半导体二极管(第二章) 双极型半导体三极管(第三章) 半导体三极管 单极型半导体三极管(第四章)

半导体三极管重要→原因→结构？?→决定其重要作用 电流放大作用(本章学习重点) → 开关作用

3.1 半导体三极管一、半导体三极管的基本结构及类型

81

3A X

1

3A X

3D G

4

3AD10

(a)

(b)

(c)

(d)

图 3 - 1 几种半导体三极管的外形

3.1 半导体三极管一、半导体三极管的基本结构及类型 无论何种类型的双极型三极管，其结构内部都分NPN或PNP三 层。由此它分两种类型:NPN型和PNP型。其结构示意图和符 号如图所示。

半导体三极管

三极管符号CN

C B E NPN型三极管B

CP

C B E PNP型三极管

B

P N

NP

E

E

图 3 – 2 三极管的结构示意图和符号

无论是NPN型或是PNP型的三极管,它们的核心部分是 两个PN结，分别称为发射结BE和集电结BC。 三个区: 发射区、基区和集电区, 并相应地引出 三个电极：发射极(e)、基极(b)和集电极(c)。

发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。常用的半导体材料有硅和锗 , 因此共有四种系列三极 管类型。它们对应的型号分别为： 3A(锗PNP)、3B(锗NPN)、 3C(硅PNP)、3D(硅NPN) 。

围绕内部结构阐述晶体管的电流放大作用：二、三极管中的电流分配(内部载流子的传输过程)* 1.三极管放大的两个条件： 1 )内部条件：三个区(发射区、基区和集电区)的掺杂浓度 与厚薄均不一样。两个 PN结的结面积不同。从外表上看两个 N

区,(或两个P区)是对称的，实际上发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度低，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其厚度 一般在几个微米至几十个微米。

集电区： 面积较大

CN P N E

集电极基区：较薄， 掺杂浓度低

B 基极

发射区：掺杂浓度较高

发射极

二、三极管中的电流分配(内部载流子的传输过程)* 2 )外部条件：为使三极管具有电流放大作用，所加的外部电 源必须使两个PN结偏置合适。 发射结(BE结)须正向偏置(有利于多子扩散) 集电结(BC结)须反向偏置(有利于少子漂移)。

二、三极管中的电流分配(内部载流子的传输过程)* 2 、三极管放大电路的构成：为使三极管电流放大作用得以实 现，构成电路时三个电极发射极(e)、基极(b)和集电极(c)其中 一个做小信号输入端 , 一个作输出端，一个电极做公共端。从 而构成二端口网络，即输入、输出两个回路。 具体有三种接法

(三种组态):见下图

共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；共 集 电 极 接 法 ， 集 电 极 作 为 公 共 电 极 ， 用 CC 表 示 ； 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。

三极管的三种组态 ：IE e IB b IC c c b IB e IE IC b IB IC c e IE

(a) 共基极图3 -

(b) 共发射极三极管的三种组态

(c) 共集电极

下面以共发射极组态为例 分析：1)NPN型晶体管

2)依据外部条件建立电路：发射结(BE结)须正向偏置→ 输入回路(基极回路) 集电结(BC结)须反向偏置→ 输出回路(集电极回路) 发射极接地(原因) 3)VCC(EC)

>VBB(EB)

3、 三极管电流的形成与分配 进入P区的电子 少部分与基区的 空穴复合，形成 电流IB ,多数扩 B 散到集电结。 发射结正 偏，发射 区电子不 断向基区 扩散，形 成发射极 电流E IEc 。

C N P N IE

RB EB

IB

E

(1) 发射：发射区向基区发射(扩散)注入电子，形成发射极 电流IE 发射结正偏，有利于发射区和基区的多子扩散运动。发射 区向基区发射的电子所形成的电流 ,称为电子注入电流IEN,基区

向发射区扩散的空穴所形成的电流称为 IEP 。 发射极电流 I E 由两部分组成： I E N 和 I E P 。因为发射区是重掺杂 , 基区浓度很 小且很薄，所以IEP忽略不计, 即IE≈IEN。

(2)扩散和复合：电子在基区边复合边扩散，形成基极电流IB由发射区注入基区的电子称为非平衡少子，由于浓度差继续

向集电结扩散，扩散过程中少部分电子与基区空穴复合形成电流 IBN 。基区空穴是由电源 U BB 提供的 ,故它是基极电流的一部 分。由于基区薄且浓度低，所以IBN很小。

CIB B

IC IC从基区扩 散来的电 子漂移进 入集电结 E c 而被收集， 形成IC。

RB EBE IE

N P N

要使三极管能放大电流，必须使发射结 正偏，集电结反偏。

(3) 收集：集电区收集从发射区扩散到基区的电子，形成集电 极电流IC 由于集电结反偏，促进集电区和基区的少数载流子漂移运动。 所以基区中扩散到集电结边缘的电子(非平衡少子)在电场作 用下漂移过集电结，到达集电区，形成收集电流ICN。 同时集电区和基区内部本身原有的少数载流子也要向对方漂 移运动，形成反向饱和电流ICBO。 于是集电极电流IC由两部分组成： IC=ICN+ICBO,

由于两区本身原有的少数载流子数量极少，所以ICBO很小。并 且其值受温度影响较大，与外部电压变化无关。

图 3 – 三极管中载流子的传输过程

3、 三极管电流的形成与分配c IC N

1. 载流子的传 输过程(1) 发射。b IB Rb UBB

Rc

(2) 扩散和复合。(3) 收集。

P UCC

N e IE

图 3 – 三极管中载流子的传输过程

总结： 1.此放大

过程的基础 是放大的内部和外部 条件 2.此放大过程说明三 极管内部有两种载流 子参与导电，故称为 双极性晶体管。

c ICn ICBO b IB Rb UBB IBn e

IC N

Rc

P UCC

N

IE

图 3 - 三极管电流分配